[發(fā)明專利]一種超高分子量聚乙烯復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510039607.5
• 申請日: 2015-01-26
• 公開（公告）號: CN104592614B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜鴻達;方杰;汪宏顯;鄭心緯;李佳;干林;姚光銳;康飛宇;李寶華;楊全紅;徐成俊;賀艷兵;潘智毅
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08K7/24;B29C43/58
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44223
• 代理人: 余敏

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，特別是涉及一種超高分子量聚乙烯復(fù)合材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】

超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene，簡稱UHMWPE)是一種線型的高分子聚合物，是分子量通常在1×10⁶g/mol以上的聚乙烯。極大的分子量導(dǎo)致分子間強烈的互相纏繞，帶來了優(yōu)良的力學(xué)性能，使得其具備良好的潤滑性能、耐磨損性能。現(xiàn)有的以UHMWPE為基體制備耐磨用的復(fù)合材料時，一般是通過將UHMWPE、耐磨劑和加工助劑混合，經(jīng)過熱壓成型形成復(fù)合材料。該制備過程中涉及添加較多的原材料作為耐磨劑和加工助劑，有些方案中還涉及添加催化劑等，生產(chǎn)加工成本較高，制備過程復(fù)雜。且制得的復(fù)合材料的耐磨性能較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：彌補上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種超高分子量聚乙烯復(fù)合材料及其制備方法，制備過程工藝簡單，較環(huán)保，且制得的復(fù)合材料的耐磨性能較好。

本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決：

一種超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟，(1)將碳納米管分散到水中，得到碳納米管分散液；(2)將超高分子量聚乙烯粉末與步驟(1)中得到的碳納米管分散液混合；(3)將步驟(2)制備的超高分子量聚乙烯粉末和碳納米管水溶液混合物在0℃以下冷凍成固體狀態(tài)，然后進行冷凍干燥，得到超高分子量聚乙烯/碳納米管混合粉末；(4)將步驟(3)制備的超高分子量聚乙烯/碳納米管混合粉末在175～185℃、10～20MPa下熱壓10～30min，熱壓后降溫得到超高分子量聚乙烯復(fù)合材料。

一種根據(jù)如上所述的制備方法制得的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是：

本發(fā)明的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，采用在超高分子量聚乙烯中填充碳納米管的方法制備復(fù)合材料，且制備時通過冷凍干燥的方法使碳納米管均勻分散在超高分子量聚乙烯表面，從而使填充碳納米管可以顯著提高復(fù)合材料的耐磨性能。本發(fā)明在制備超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的過程中，無需采用有機溶劑，不會對環(huán)境造成危害，是一種非常環(huán)保的方法。本發(fā)明制備的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料，碳納米管分散優(yōu)良，復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐磨性能，相對于現(xiàn)有的超高分子量聚乙烯為基體的耐磨材料，耐磨性能提升達到27.6％。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明具體實施方式一制備過程中得到的超高分子量聚乙烯混合粉末的掃描圖片的流程圖；

圖2是本發(fā)明具體實施方式二制備過程中得到的超高分子量聚乙烯混合粉末的掃描圖片的流程圖；

圖3是本發(fā)明具體實施方式三制備過程中得到的超高分子量聚乙烯混合粉末的掃描圖片的流程圖。

【具體實施方式】

下面結(jié)合具體實施方式并對照附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。

本發(fā)明的構(gòu)思是：超高分子量聚乙烯是指分子量超過100萬或者150萬的聚乙烯。超高分子量聚乙烯是一種非常優(yōu)秀的耐磨材料，其耐磨性在所有工程塑料中是最好的，甚至優(yōu)于許多金屬材料。然而，超高分子量聚乙烯表面硬度低，易發(fā)生疲勞磨損和磨粒磨損，這也大大限制了超高分子量在耐磨方面的應(yīng)用。為了提高超高分子量聚乙烯的耐磨性能，可以采取填充一些材料的方法。考慮到碳納米管作為一維納米材料，具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能，如抗拉強度達到50～200GPa，是鋼的100倍；硬度與金剛石相當?shù)取Ｒ虼丝紤]在超高分子量聚乙烯中填充碳納米管以提升耐磨性能。然而，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管的分散狀態(tài)對填充后得到的復(fù)合材料的性能有著非常大的影響。當碳納米管均勻分散時，填充碳納米管可以顯著提高復(fù)合材料的耐磨性能；而當碳納米管嚴重團聚時，填充碳納米管可能會導(dǎo)致復(fù)合材料的性能急劇下降。